大直徑單樁基礎(chǔ)計(jì)算方法的合理選用

孫佳林

1 引言

通訊單管塔的單樁基礎(chǔ)在樁端彎矩、水平力和軸向力的共同作用，樁土協(xié)同作用較為復(fù)雜，也有多種理論和模型用于計(jì)算，但直接用于工程實(shí)踐還存在不少困難。剛性短樁主要針對(duì)通訊鐵塔、電力鐵塔等彎矩高出水平力一個(gè)數(shù)量級(jí)，不同于一般規(guī)范要求的承受水平力為主的單樁，需要進(jìn)一步研究比較?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》推薦采用基于彈性地基反力的m法對(duì)灌注樁的內(nèi)力和位移進(jìn)行分析。在諸多參數(shù)中，土層m值的取值對(duì)承載力的影響較大。故下文針對(duì)不同的m值深入分析計(jì)算值的趨勢(shì)，從而選擇合適的計(jì)算方法。

2 計(jì)算參數(shù)

2.1 塔型基本參數(shù)

塔型：中國(guó)鐵塔股份有限公司《通信鐵塔標(biāo)準(zhǔn)圖集》中45m單管塔，底座塔腳的反力標(biāo)準(zhǔn)組合為壓力：192.6kN；剪力：90.3kN；彎矩：2892.8kN·m。鐵塔基礎(chǔ)采用機(jī)械鉆孔灌注樁，樁徑2m，樁長(zhǎng)按照16m試算。

2.2 地質(zhì)報(bào)告主要參數(shù)（見表1）

3 分析計(jì)算

（1）剛性短柱基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法引自電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，要求剛性短柱的彈性變形相對(duì)于土的變形可以忽略，主要驗(yàn)算抗傾覆與柱頂位移是否超限。建筑樁基技術(shù)規(guī)范則主要驗(yàn)算樁側(cè)阻力和樁端阻力是否滿足。對(duì)通訊鐵塔的單樁基礎(chǔ)，沒有規(guī)范明確規(guī)定適用哪一種方法計(jì)算。下面將通過計(jì)算來具體分析兩者的適用性。

表1

（2）剛性短樁理論試算

①地基土基本參數(shù)：m值的主要影響深度hm=2×（D+1）=6m；m=

②抗傾覆驗(yàn)算：

表2

③樁頂位移驗(yàn)算

（3）按照樁基規(guī)范試算

單樁基礎(chǔ)可以根據(jù)《樁基規(guī)范》附錄C.0.3-1計(jì)算：

①基本參數(shù)：

②地面處樁身內(nèi)力：

③地面處樁身變位：

樁頂水平位移：

（4）從上述計(jì)算中可以發(fā)現(xiàn)，同等條件不同計(jì)算方法得出的樁頂位移值明顯不同。而在工程建設(shè)領(lǐng)域，單樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)又常常由樁頂位移來控制。這就給我們帶來了很大的困擾。所以，研究?jī)煞N方法在不同條件下的適用性就變得很有必要。

4 數(shù)據(jù)采集及處理

（1）為了反映不同土質(zhì)情況下兩種計(jì)算方法的差異性，通過改變m值這一關(guān)鍵變量，并控制樁頂位移在10mm以內(nèi)，計(jì)算樁長(zhǎng)得到數(shù)據(jù)如表1所示。

（2）根據(jù)以上表格中數(shù)據(jù)得出m值與樁長(zhǎng)在不同計(jì)算方法下的關(guān)系圖如圖1所示。

（3）樁身換算長(zhǎng)度與樁長(zhǎng)在不同計(jì)算方法下的關(guān)系圖如圖2所示。

（4）對(duì)比分析與結(jié)論

①根據(jù)圖表曲線推斷，當(dāng)m≥2時(shí)，即土質(zhì)較好的時(shí)候，兩種方法關(guān)于位移的計(jì)算結(jié)果接近，當(dāng)m＜2時(shí)，兩種方法的計(jì)算值偏差較大，且呈現(xiàn)m值越小，偏差越大的趨勢(shì)，即土質(zhì)較差時(shí)，樁長(zhǎng)相對(duì)較長(zhǎng)，此時(shí)樁土性狀也更接近樁基規(guī)范方法的彈性樁假定，計(jì)算值也更接近工程實(shí)際，更安全。

圖1

圖2

②由于通訊鐵塔對(duì)樁基頂部的彎矩值很大，當(dāng)土質(zhì)較好，樁長(zhǎng)較短的時(shí)候，樁基礎(chǔ)的抗傾覆能力往往代替位移起控制作用，此時(shí)依照剛性短柱原理的要求，樁長(zhǎng)將不再因m值的趨大而變化。

③《鋼結(jié)構(gòu)單管通信塔技術(shù)規(guī)程》關(guān)于剛性短柱的判定條件為αh≤2.5，根據(jù)圖4.3中擬合曲線在樁基換算長(zhǎng)度2.2～2.5之間完成交匯，當(dāng)αh≤2.5時(shí)，兩者的計(jì)算值接近，而且極有可能已由抗傾覆來控制，這樣按剛性短柱原理計(jì)算是合理的。當(dāng)αh＞2.5時(shí)，計(jì)算值將主要由樁頂位移控制，按照樁基規(guī)范方法計(jì)算更為經(jīng)濟(jì)。